KR100968807B1 - Variable gain amplifier and reciver including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가변이득증폭기는 이득 제어 전압을 발생하는 이득 제어부, 상기 이득 제어 전압에 선형적으로 비례하는 전압이득을 이용하여 입력 신호와 피드백 신호를 증폭하고 상기 증폭된 신호를 일정한 크기의 신호로 변환하는 가변 증폭부, 그리고 상기 가변 증폭부의 출력 신호로부터 오프셋을 제거하고 상기 오프셋 제거 결과를 상기 피드백 신호로서 출력하는 오프셋 제거부를 포함하며, 상기 가변 증폭부는 복수의 트랜스컨덕터 회로들로 구성된다.

Figure R1020070120897

가변이득증폭기, 선형성, 트랜스컨덕터, 지수함수, OTA, dB-linear

The variable gain amplifier of the present invention amplifies an input signal and a feedback signal using a gain control unit for generating a gain control voltage, a voltage gain linearly proportional to the gain control voltage, and converts the amplified signal into a signal having a constant magnitude. And a variable amplifying unit which removes an offset from an output signal of the variable amplifying unit and outputs the offset elimination result as the feedback signal. The variable amplifying unit includes a plurality of transconductor circuits.

Figure R1020070120897

Variable Gain Amplifier, Linearity, Transconductor, Exponential Function, OTA, dB-linear

Description

가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기{VARIABLE GAIN AMPLIFIER AND RECIVER INCLUDING THE SAME}Variable gain amplifiers and receivers containing them {VARIABLE GAIN AMPLIFIER AND RECIVER INCLUDING THE SAME}

본 발명은 신호의 크기를 자동으로 조절하는 가변이득증폭기에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 넓은 동적 범위를 가지는 가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기에 관한 것이다.The present invention relates to a variable gain amplifier for automatically adjusting the size of a signal, and more particularly, to a variable gain amplifier having a wide dynamic range and a receiver including the same.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2005-S-017-03, 과제명 : 초저전력 RF/HW/SW 통합 SoC].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT growth engine technology development project of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task Management Number: 2005-S-017-03, Assignment Name: Ultra-low-power RF / HW / SW Integrated SoC].

디스크 드라이버, 보청기, 의학장비(medical equipment), 광 수신기 등과 같은 다양한 응용분야에서 가변이득증폭기(Variable Gain Amplifier ; VGA)는 없어서는 안 될 중요한 블록이다. 특히 이동통신 시스템에서 가변이득증폭기는 신호환경이 잡음에 노출되어 있는 낮은 신호파워에서는 잡음을 극복할 수 있도록 큰 이득을 제공할 수 있어야 하고, 수신되는 신호가 최대 파워로 들어올 때에는 신호왜곡(distortion)이 심해지지 않도록 낮은 이득을 제공할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 가변이득증폭기가 가변할 수 있는 이득범위가 가능한 큰 동적 범위(high dynamic range)를 가져야 한다. 그래야만 수신되는 신호를 디지털회로(DSP)를 통해 원래의 신호(original signal)로 안정되게 복원해 낼 수 있게 된다.In various applications such as disk drivers, hearing aids, medical equipment, optical receivers, and the like, a variable gain amplifier (VGA) is an indispensable block. Especially in mobile communication system, variable gain amplifier should be able to provide big gain to overcome noise at low signal power where signal environment is exposed to noise, and signal distortion when received signal comes in full power. It should be possible to provide low gains to avoid this. To do this, the variable gain amplifier must have a high dynamic range that allows a variable gain range. Only then, the received signal can be stably restored to the original signal through the digital circuit DSP.

종래에는 제어전압에 선형적으로 비례하는 데시벨(dB) 단위의 전압이득을 제공하기 위해, 지수함수 특성을 지니는 BJT(Bipolar Junction Transistor)소자를 이용한 가변이득증폭기가 주로 이용되어 왔다. 그러나, CMOS 단일칩(SoC)에 대한 요구와 많은 회로기술개발 덕분에 현재는 CMOS 소자로도 지수함수적으로 선형적인 이득 특성을 갖는 가변이득증폭기가 구현되고 있다. 그러나, 이러한 CMOS 가변이득증폭기들이 지수함수적인 선형이득특성을 얻기 위해서는 많은 블록들을 필요로 하기 때문에, 구조가 복잡해지고 전류를 과다하게 소모하는 문제가 있다. 무엇보다도, CMOS 가변이득증폭기들은 이득이 큰 증폭소자인 만큼 공정과정에서 설계변수가 변할 때 설계치의 특성이 민감하게 변화하고 많이 왜곡되는 문제가 있다. 뿐만 아니라, CMOS 가변이득증폭기의 칩 구현이 완벽하다 할지라도 칩 온도가 변함에 따라 주파수특성이나 이득 특성이 열화 되는 문제가 발생하게 된다.Conventionally, a variable gain amplifier using a bipolar junction transistor (BJT) device having an exponential function has been mainly used to provide a voltage gain in units of decibels (dB) linearly proportional to a control voltage. However, thanks to the demand for CMOS single-chip (SoC) and the development of many circuit technologies, variable gain amplifiers with exponentially linear gain characteristics are now implemented in CMOS devices. However, since these CMOS variable gain amplifiers require many blocks to obtain an exponential linear gain characteristic, the structure becomes complicated and consumes excessive current. First of all, CMOS variable gain amplifiers have a problem that the characteristics of the design value are sensitively changed and distorted much when the design variable changes in the process because the gain amplifier is a large gain. In addition, even if the chip implementation of the CMOS variable gain amplifier is perfect, there is a problem that the frequency characteristics or gain characteristics deteriorate as the chip temperature changes.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 지수함수적인 선형이득특성을 가지면서도 큰 선형 동적 범위(dynamic range)를 제공할 수 있는 CMOS 가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention has been proposed to solve the above problems, a CMOS variable gain amplifier that can provide a large linear dynamic range while having an exponential linear gain characteristics and a receiver comprising the same To provide.

본 발명의 다른 목적은 단순한 구조와 저소비전력 특성을 가지는 CMOS 가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a CMOS variable gain amplifier having a simple structure and low power consumption, and a receiver including the same.

본 발명의 또 다른 목적은 공정이나 온도변화에 대해 안정적인 특성을 갖는 CMOS 가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기를 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a CMOS variable gain amplifier having a stable characteristic against a process or a temperature change and a receiver including the same.

상기의 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 가변이득증폭기는, 이득 제어 전압을 발생하는 이득 제어부; 상기 이득 제어 전압에 선형적으로 비례하는 전압이득을 이용하여 입력 신호와 피드백 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 신호를 일정한 크기의 신호로 변환하는 가변 증폭부; 그리고 상기 가변 증폭부의 출력 신호로부터 오프셋을 제거하고 상기 오프셋 제거 결과를 상기 피드백 신호로서 출력하는 오프셋 제거부를 포함하며, 상기 가변 증폭부는 복수의 트랜스컨덕터 회로들로 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the variable gain amplifier according to the present invention comprises: a gain controller for generating a gain control voltage; A variable amplifier for amplifying an input signal and a feedback signal by using a voltage gain linearly proportional to the gain control voltage, and converting the amplified signal into a signal having a constant magnitude; And an offset removing unit for removing an offset from an output signal of the variable amplifier and outputting the offset elimination result as the feedback signal, wherein the variable amplifier comprises a plurality of transconductor circuits.

이 실시예에 있어서, 상기 복수의 트랜스컨덕터 회로들의 트랜스컨덕턴스 값을 안정된 값으로 조절하는 트랜스컨덕턴스 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the transconductance control unit for controlling the transconductance value of the plurality of transconductor circuits to a stable value, characterized in that it further comprises.

이 실시예에 있어서, 상기 트랜스컨덕턴스 제어부는 자동튜닝회로인 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the transconductance control unit is characterized in that the automatic tuning circuit.

이 실시예에 있어서, 상기 트랜스컨덕턴스 제어부는, 상기 가변이득증폭기 외부의 적어도 하나 이상의 트랜스컨덕터 회로와 공유되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the transconductance control unit is shared with at least one transconductor circuit external to the variable gain amplifier.

이 실시예에 있어서, 상기 가변 증폭부는 상기 이득 제어 전압에 응답해서 상기 전압이득을 결정하고, 상기 전압이득을 이용하여 상기 입력 신호와 상기 피드백 신호를 증폭하는 이득 가변부; 그리고 상기 이득 가변부의 출력이 일정한 크기 를 갖도록 증폭하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The variable amplifier may include: a gain variable unit configured to determine the voltage gain in response to the gain control voltage, and to amplify the input signal and the feedback signal using the voltage gain; And an amplifier for amplifying the output of the gain variable part to have a predetermined size.

이 실시예에 있어서, 상기 이득 가변부는, 상기 이득 제어 전압에 응답해서 제 1 이득을 결정하고, 상기 제 1 이득을 이용하여 상기 입력 신호와 상기 피드백 신호를 증폭하는 제 1 트랜스컨덕터 단위 셀; 그리고 상기 이득 제어 전압에 응답해서 제 2 이득을 결정하고, 상기 제 2 이득을 이용하여 상기 제 1 트랜스컨덕터 단위 셀의 출력을 증폭하는 복수의 제 2 트랜스컨덕터 단위 셀들을 포함하는 것을 특징으로 한다.The gain variable unit may include: a first transconductor unit cell configured to determine a first gain in response to the gain control voltage, and to amplify the input signal and the feedback signal using the first gain; And a plurality of second transconductor unit cells that determine a second gain in response to the gain control voltage and amplify the output of the first transconductor unit cell using the second gain.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 트랜스컨덕터 단위 셀은 제 1 차동 입력 단자 쌍을 통해 상기 입력 신호를 받아들여 소정의 이득만큼 증폭하고, 상기 증폭 결과를 제 1 차동 출력 단자 쌍을 통해 출력하되, 상기 증폭 결과를 상기 제 1 차동 출력 단자 쌍에 접속된 저항을 통해 제 2 차동 입력 단자 쌍으로 피드백시키는 제 1 트랜스컨덕터; 그리고 제 3 및 제 4 차동 입력 단자 쌍을 통해 상기 제 1 트랜스컨덕터의 출력 신호와 상기 오프셋 제거부로부터 제공된 상기 피드백 신호를 받아들여 소정의 이득만큼 증폭하고, 상기 증폭 결과를 제 2 차동 출력 단자 쌍을 통해 출력하되, 상기 증폭 결과를 상기 제 2 차동 출력 단자 쌍에 접속된 전압 조절부를 통해 상기 제 3 차동 입력 단자 쌍으로 피드백시키는 제 2 트랜스컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the first transconductor unit cell receives the input signal through a first differential input terminal pair and amplifies it by a predetermined gain, and outputs the amplification result through the first differential output terminal pair, A first transconductor for feeding back said amplification result to a second differential input terminal pair through a resistor connected to said first differential output terminal pair; And receiving the output signal of the first transconductor and the feedback signal provided from the offset canceling unit through a third and fourth differential input terminal pairs and amplifying the feedback signal by a predetermined gain, and amplifying the amplification result of the second differential output terminal pair. And a second transconductor for outputting the amplification result to the third differential input terminal pair through a voltage regulator connected to the second differential output terminal pair.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전압조절부는 저항값 조절이 가능한 능동저항성분으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the first and the second voltage adjusting unit is characterized by consisting of an active resistance component capable of adjusting the resistance value.

이 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전압조절부는 각각이 전류 통로가 직렬로 연결된 복수의 MOS 트랜지스터들로 구성되며, 상기 이득 제어 전압은 상기 복수의 MOS 트랜지스터들의 게이트 전압과 바디 전압의 레벨을 조절하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, each of the first and second voltage regulators includes a plurality of MOS transistors each connected with a current path in series, and the gain control voltage is a level of a gate voltage and a body voltage of the plurality of MOS transistors. It characterized in that to adjust.

이 실시예에 있어서, 상기 이득 가변부는 시스템의 스펙에서 요구하는 동적 범위만큼 상기 입력 신호 및 상기 피드백 신호를 증폭하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the gain variable unit is characterized in that for amplifying the input signal and the feedback signal by the dynamic range required by the specification of the system.

이 실시예에 있어서, 상기 증폭부는 시스템의 스펙에서 디지털 변환 효율이 최대가 되는 크기로 상기 이득 가변부의 출력을 증폭하는 것을 특징으로 한다.In this embodiment, the amplifier is characterized in that for amplifying the output of the gain variable to the size that the digital conversion efficiency is the maximum in the specification of the system.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 지수함수적인 선형이득특성을 가지면서도 큰 선형 동적 범위(dynamic range)를 갖는 CMOS 가변이득증폭기를 제공할 수 있게 된다. 그리고, 단순한 구조와 저소비전력 특성을 가지면서도, 공정이나 온도변화에 대해 안정적인 특성을 갖는 CMOS 가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기를 제공할 수 있게 된다.According to the present invention as described above, it is possible to provide a CMOS variable gain amplifier having an exponential linear gain characteristics and a large linear dynamic range. In addition, it is possible to provide a CMOS variable gain amplifier having a simple structure and low power consumption, and having a stable characteristic against a process or temperature change, and a receiver including the same.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.

본 발명의 신규한 가변이득증폭기는 트랜스컨덕터를 코어회로로 사용하여 구성된다. 가변이득증폭기는 시스템 내부에 설계된 자동튜닝회로에 의해서 정밀하고 안정적으로 트랜스컨덕턴스(Gm) 값이 제어된다. 따라서, 어떠한 조건변화(공정, 시간, 온도)에서도 트랜스컨덕터의 트랜스컨덕턴스(Gm) 값이 기준 트랜스컨덕턴스 절대값에 비례하여 변화되지 않게 된다. 이와 같은 특성 때문에 가변이득증폭기 전체의 특성 또한 안정된 성능을 유지하게 된다. 또한, 본 발명의 가변이득증폭기는 오프셋 제거부를 통해 출력 신호에 존재하는 DC-오프셋을 제거한다. 그 결과, 수신기 시스템의 내부 회로에서 발생하는 DC-오프셋이나 2차 왜곡신호로부터 야기된 다이나믹 DC-오프셋이 증폭되지않고 제거되어, 보다 정확하고 안정된 출력을 얻을 수 있게 된다. 본 발명의 가변이득증폭기 및 이를 포함하는 수신기의 상세 구성은 다음과 같다.The novel variable gain amplifier of the present invention is constructed using a transconductor as the core circuit. Variable gain amplifiers control the transconductance (Gm) value precisely and reliably by an automatic tuning circuit designed inside the system. Therefore, the transconductance (Gm) value of the transconductor does not change in proportion to the absolute value of the reference transconductance under any condition change (process, time, temperature). Because of these characteristics, the characteristics of the entire variable gain amplifier also maintain stable performance. In addition, the variable gain amplifier of the present invention removes the DC-offset present in the output signal through the offset remover. As a result, the dynamic DC-offset caused by the DC-offset or the secondary distortion signal generated in the internal circuit of the receiver system is eliminated without being amplified, so that a more accurate and stable output can be obtained. Detailed configuration of the variable gain amplifier of the present invention and a receiver including the same are as follows.

도 1은 본 발명에 따른 가변이득증폭기(Variable Gain Amplifier ; VGA)(400) 및 이를 포함하는 이동통신 수신기(1000)의 전체 블록도이다. 도 1에 도시된 이동통신 수신기(1000)는 본 발명에서 제안하는 수신용 가변이득증폭기(400)를 포함하는 직접변환방식 수신기(Direct Conversion Receiver ; DCR)로서, 도 1에는 직접변환방식 수신기용 무선/아날로그 프론트 엔드(RF/Analog Front-end)의 블록 구성이 도시되어 있다. 그러나, 도 1에 도시된 수신기(1000)의 구성은 본 발명이 적용되는 일 실시예로서, 본 발명이 도 1에 도시된 수신기(1000)의 구성에만 국한되지 않음은 이 분야의 통상의 지식을 가진 이들에게 있어 자명하다.1 is a block diagram of a variable gain amplifier (VGA) 400 and a mobile communication receiver 1000 including the same according to the present invention. The mobile communication receiver 1000 illustrated in FIG. 1 is a direct conversion receiver (DCR) including a variable gain amplifier 400 for reception proposed in the present invention. The block configuration of the RF / Analog Front-end is shown. However, the configuration of the receiver 1000 illustrated in FIG. 1 is an embodiment to which the present invention is applied, and the present disclosure is not limited to the configuration of the receiver 1000 illustrated in FIG. 1. It is obvious to those who have it.

도 1을 참조하면, 무선환경에서 안테나를 거쳐 수신된 RF 신호는 저잡음 증폭기(Low Noise Amp ; LNA)(100)와 믹서(mixer ; 200)를 통해 증폭 및 변조된다. 증폭 및 변조된 RF 신호는 저역통과필터(Low-Pass Filter ; LPF)(300)를 거치면서 채널외 신호잡음(noise)이 제거된다. 채널외 신호잡음이 제거된 이 수신 신호는 가변이득증폭기(VGA ; 400)로 입력된다. 도 1에는 저역통과필터(300)가 가변이득증폭기(400)에 앞서도록 배치된 구조가 도시되어 있다. 그러나, 이 또한 본 발명을 설명하기 위한 예시적인 구성에 불과하며, 수신기의 구조에 따라서 가변이득증폭기(400)는 저역통과필터(300) 보다 앞서도록 배치될 수도 있다. Referring to FIG. 1, an RF signal received through an antenna in a wireless environment is amplified and modulated by a low noise amplifier (LNA) 100 and a mixer 200. The amplified and modulated RF signal passes through a low-pass filter (LPF) 300 to remove out-of-channel signal noise. This received signal from which out-of-channel signal noise is removed is input to a variable gain amplifier (VGA) 400. 1 illustrates a structure in which the low pass filter 300 is disposed in front of the variable gain amplifier 400. However, this is also merely an exemplary configuration for explaining the present invention, and the variable gain amplifier 400 may be arranged to precede the low pass filter 300 according to the structure of the receiver.

저역통과필터(300)는 저역통과 필터링을 수행하는 Gm-C형 필터(310)와 트랜스컨덕턴스 제어부(350, 이하 Gm 제어부로 칭함)로 구성된다. 그리고, 가변이득증폭기(400)는 가변 증폭부(410)와, 이득 제어부(450), 그리고 오프셋 제거부(DC offset canceller ; 470)로 구성된다. 아래에서 상세히 설명되겠지만, 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)는 모두 트랜스컨덕턴스형 CMOS 회로로 구성된다. 트랜스컨덕턴스형 CMOS 회로인 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)의 트랜스컨덕턴스(Gm)값은, 저역통과필터(300)에 구비된 Gm 제어부(350)에 의해서 정밀하고 안정적으로 제어된다. 도 1에는 Gm 제어부(350)가 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)에 공유되는 구성이 예시적으로 도시되어 있다. 그러나 이와 같은 구성은 수신기(1000)의 설계 특성에 따라 다양한 형태로 변경 가능하다. 예를 들면, Gm 제어부(350)는 저역통과필터(300) 내부에 구성될 수도 있고, 가변이득증폭기(400) 내부에 구성될 수도 있다. 그리고, Gm 제어부(350)는 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)에 공유될 수도 있고, 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400) 각각에 별도로 구성될 수도 있다. The low pass filter 300 includes a Gm-C type filter 310 for performing low pass filtering and a transconductance control unit 350 (hereinafter referred to as a Gm control unit). The variable gain amplifier 400 includes a variable amplifier 410, a gain controller 450, and a DC offset canceler 470. As will be described in detail below, the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400 are both composed of a transconductance CMOS circuit. The transconductance (Gm) values of the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400, which are transconductance CMOS circuits, are precisely and stably controlled by the Gm control unit 350 provided in the low pass filter 300. . 1 illustrates a configuration in which the Gm controller 350 is shared by the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400. However, such a configuration may be changed in various forms according to the design characteristics of the receiver 1000. For example, the Gm controller 350 may be configured in the low pass filter 300 or may be configured in the variable gain amplifier 400. The Gm controller 350 may be shared by the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400, or may be separately configured in each of the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400.

가변이득증폭기(400)로 입력된 다양한 크기의 신호는, 이득 제어부(450)의 제어에 의해 넓은 동적 범위의 이득으로 증폭되어 출력되는데, 이 신호는 출력되기 전에 시스템의 스펙에 맞는 일정한 크기의 신호로 만들어진 후 아날로그-디지털 변환기(이하, ADC로 칭함)(500)로 전달된다. 다시 말해, 다양한 크기를 갖는 저역통과필터(300)의 출력 신호는 가변이득증폭기(400)를 거치면서 시스템 스펙에 맞는 동적 범위만큼 증폭이 되고, ADC(500)의 디지털 변환 효율이 최대가 되는 일정한 크기의 신호로 바뀌게 된다. 이때, 가변이득증폭기(400)의 이득값은 AGC(Auto Gain Control)루프를 통해 만들어진 신호(Gain Control Signal)를 이용하여 제어된다.The signals of various magnitudes input to the variable gain amplifier 400 are amplified and output by a gain of a wide dynamic range by the control of the gain control unit 450. These signals are signals of a constant magnitude that meet the specifications of the system before being output. And then to an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC) 500. In other words, the output signal of the low pass filter 300 having various sizes is amplified by a dynamic range that meets the system specification while passing through the variable gain amplifier 400, and the digital conversion efficiency of the ADC 500 is maximized. It will be converted into a signal of magnitude. At this time, the gain value of the variable gain amplifier 400 is controlled using a signal (Gain Control Signal) made through the AGC (Auto Gain Control) loop.

도 1에 도시된 수신기(1000)를 포함하여 현재 대부분의 이동통신 단말기에 사용하는 아날로그 저역통과필터(300)는, 트랜스컨덕터(Operational Transconductance Amplifier ; OTA)를 이용하여 설계되고 있다. 바이쿼드(biqud) 형태의 필터와, 자이레이터를 응용한 LC 레더(ladder) 형태의 필터는 모두 트랜스컨덕터의 응용 예들이다. 트랜스컨덕터를 이용하여 설계된 트랜스컨덕터형 아날로그 저역통과필터(300)의 트랜스컨덕턴스(Gm) 값은, 시스템 내부에 설계된 자동튜닝회로(Auto Tuning Circuit)인 Gm 제어부(350)에 의해서 정밀하고 안정적으로 제어된다. 그 결과, 어떠한 조건변화(공정, 시간, 온도)에서도 트랜스컨덕터의 트랜스컨덕턴스(Gm) 값이 기준 트랜스컨덕턴스 절대값에 비례하여 변화되지 않게 된다. 이와 같은 특성 때문에 저역통과필터(300) 전체의 특성 또한 안정된 성능을 유지하게 된다. The analog low pass filter 300 currently used in most mobile communication terminals, including the receiver 1000 shown in FIG. 1, is designed using an operational transconductance amplifier (OTA). The biqud type filter and the LC ladder type filter using the gyrator are both examples of applications of the transconductor. The transconductance (Gm) value of the transconductor-type analog low pass filter 300 designed using the transconductor is precisely and stably controlled by the Gm control unit 350, which is an auto tuning circuit designed inside the system. do. As a result, the transconductance (Gm) value of the transconductor does not change in proportion to the absolute value of the reference transconductance under any condition change (process, time, temperature). Because of this characteristic, the overall characteristics of the low pass filter 300 also maintain stable performance.

이동통신 수신기에서 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)는 모두 주요 구성요소이며, 서로 인접하여 배치되는 이웃 블록이다. 가변이득증폭기(400)는 동 적 범위가 크고 상대적으로 이득도 크기 때문에 소자의 특성변화에 따라 전체 성능이 민감하게 변한다. 특히 도 1과 같은 직접변환방식(DCR)의 수신기(1000) 구조에서는 HD2(second harmonic distortion)신호에 의해 수신기(1000)의 특성이 영향을 받을 수 있다. In the mobile communication receiver, the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400 are both main components and neighboring blocks disposed adjacent to each other. Since the variable gain amplifier 400 has a large dynamic range and a relatively large gain, the overall performance is sensitively changed according to the characteristics of the device. In particular, in the structure of the receiver 1000 of the direct conversion method (DCR) as shown in FIG. 1, the characteristics of the receiver 1000 may be affected by a second harmonic distortion (HD2) signal.

이와 같은 문제를 방지하기 위해, 본 발명에서는 안정된 성능을 제공하는 트랜스컨덕터의 특성을 저역통과필터(300) 뿐만 아니라 가변이득증폭기(400)에도 모두 적용한다. 이와 같은 구성에 따르면, 공정 변화뿐만 아니라 온도, 시간변화에도 특성의 열화 없이 수신기(1000)의 성능을 안정적으로 유지할 수 있게 된다. 더욱이 본 발명에서 가변이득증폭기(400)가 트랜스컨덕터형 CMOS 회로로 설계되기 때문에, 트랜스컨덕터형으로 구성되지 않는 타 증폭기에 비해 상당히 넓은 범위까지 입출력 특성이 선형성을 보장할 수 있게 된다. 또한, 타 증폭기에 비래 전력소모가 작기 때문에 저전력 저왜곡 특성을 가지게 된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이 수신기(1000) 내에서 서로 인접하여 배치되는 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)는 Gm 제어부(350)를 공유하여 트랜스컨덕턴스(Gm) 값이 제어되기 때문에, 회로의 중복을 방지할 수 있다. 그리고, 저역통과필터(300)와 가변이득증폭기(400)를 구성하는 트랜스컨덕터형 CMOS 회로의 연속적인 배치로 인해 구조가 간단해져 설계면적을 효율적으로 줄일 수 있게 된다. In order to prevent such a problem, the present invention applies both the characteristics of the transconductor providing stable performance to the variable gain amplifier 400 as well as the low pass filter 300. According to such a configuration, the performance of the receiver 1000 can be stably maintained without deterioration of characteristics not only in process changes but also in temperature and time changes. Furthermore, since the variable gain amplifier 400 is designed as a transconductor CMOS circuit in the present invention, the input / output characteristics can be guaranteed to a considerably wider range than other amplifiers not configured as a transconductor type. In addition, since the power consumption is small compared to other amplifiers, it has low power and low distortion characteristics. In addition, as shown in FIG. 1, the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400 disposed adjacent to each other in the receiver 1000 share the Gm control unit 350 to control the transconductance (Gm) value. Therefore, duplication of circuits can be prevented. In addition, the structure is simplified due to the continuous arrangement of the transconductor CMOS circuits constituting the low pass filter 300 and the variable gain amplifier 400, thereby efficiently reducing the design area.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 가변이득증폭기(400)의 상세 블록도이다.2 is a detailed block diagram of the variable gain amplifier 400 of the present invention shown in FIG.

도 2를 참조하면, 가변이득증폭기(400)는 가변 증폭부(410), 이득 제어부(450), 및 오프셋 제거부(470)를 포함한다. 이득 제어부(450)는 AGC(Auto Gain Control)루프를 통해 만들어진 신호(Gain Control Signal)에 응답해서, 가변 증폭부(410)의 이득값을 제어하는 이득 제어 전압(VCB, VCG)을 발생한다. 오프셋 제거부(470)는 제 1 오프셋 제거부(471)와 제 2 오프셋 제거부(472)로 구성된다. 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)는 가변 증폭부(410)의 출력 신호에 존재하는 DC-오프셋을 증폭루프와 연계하여 제거시킨다. 이때, 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)와 가변 증폭부(410)는 네거티브 피드백을 구성하도록 연결된다. 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)에서 DC-오프셋을 제거하는 방식으로는, 예를 들면 저항, 커패시터, 트랜스컨덕터들을 이용하는 저역통과필터링 방식 등이 적용될 수 있다. Referring to FIG. 2, the variable gain amplifier 400 includes a variable amplifier 410, a gain controller 450, and an offset remover 470. The gain controller 450 generates gain control voltages V CB and V CG for controlling the gain value of the variable amplifier 410 in response to a signal generated through an AGC (Auto Gain Control) loop. do. The offset remover 470 includes a first offset remover 471 and a second offset remover 472. The first and second offset removers 471 and 472 remove the DC-offset present in the output signal of the variable amplifier 410 in association with the amplification loop. In this case, the first and second offset removers 471 and 472 and the variable amplifier 410 are connected to form negative feedback. As a method of removing the DC offset from the first and second offset removers 471 and 472, for example, a low pass filtering method using a resistor, a capacitor, and transconductors may be applied.

가변 증폭부(410)는 이득 가변부(420)와 증폭부(430)로 구성된다. 이득 가변부(420)는 저역통과필터(300)로부터 다양한 크기의 신호를 입력받아 시스템 스펙에 맞는 넓은 동적 범위의 이득만큼 증폭하는 기능을 수행한다. 이득 가변부(420)에 의해 증폭된 결과는 증폭부(430)로 입력되어 시스템의 스펙 내에서 디지털 변환 효율이 최대가 되는 일정한 크기의 신호로 바뀌게 된다. 증폭부(430)의 출력은 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)를 통해 DC-오프셋이 제거된 후 이득 가변부(420)로 피드백된다. DC-오프셋이 제거된 출력 신호는 이득 가변부(420)와 증폭부(430)를 통해 ADC(500)로 출력된다.The variable amplifier 410 includes a gain variable unit 420 and an amplifier 430. The gain variable unit 420 receives a signal of various magnitudes from the low pass filter 300 and amplifies the gain by a wide dynamic range in accordance with a system specification. The result amplified by the gain variable unit 420 is input to the amplifying unit 430 is converted into a signal of a constant size to maximize the digital conversion efficiency within the specifications of the system. The output of the amplifier 430 is fed back to the gain variable unit 420 after the DC-offset is removed through the first and second offset removers 471 and 472. The output signal from which the DC-offset is removed is output to the ADC 500 through the gain variable unit 420 and the amplifier 430.

이득 가변부(420)는, 이득 제어부(450)로부터 발생된 이득 제어 전압(VCB, VCG)에 응답해서 이득을 가변하고, 이득 가변 결과로서 이득 제어 전압(VCB, VCG)에 선형적으로 비례하는 데시벨(dB) 단위의 전압이득을 제공한다. 아래에서 상세히 설명되겠지만, 이득 제어부(450)로부터 발생된 VCG는 이득 가변부(420)를 구성하는 MOS 저항들의 게이트 전압(VG)을 제어하는데 사용되고, VCB는 이득 가변부(420)를 구성하는 MOS 저항들의 바디 전압(VB)을 제어하는데 사용된다. The gain variable part 420 varies the gain in response to the gain control voltages V CB and V CG generated from the gain control part 450, and is linear with the gain control voltages V CB and V CG as a result of the gain variable. It provides a voltage gain in proportional decibels (dB). As will be described in detail below, V CG generated from the gain control unit 450 is used to control the gate voltage V G of the MOS resistors constituting the gain variable unit 420, and V CB is used to control the gain variable unit 420. It is used to control the body voltage (V B ) of constituting MOS resistors.

이득 가변부(420)의 구체적인 구성을 살펴보면, 이득 가변부(420)는 1개의 제 1 VGA(Variable Gain Amplifier) 단위 셀(421)과 복수 개의 제 2 VGA 단위 셀들(422, 423)로 구성된다. 도 2에는 제 1 및 제 2 VGA 단위 셀들(421-423)이 한국특허등록공보 제648379호, 미국특허 공개공보 US20070126501A1의 Gm-VGA 셀의 구조를 바탕으로 구성된 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 제 1 및 제 2 VGA 단위 셀들(421-423)의 기본동작은 상기 특허 공보에 기재된 동작을 따른다. 따라서 일부 Gm-VGA셀(VGA unit-cell)의 자세한 동작에 대해서는 이곳에 설명되어 있지 않는다. 그러나, 본 발명의 제 1 및 제 2 VGA 단위 셀들(421-423)은 이동통신시스템의 수신용 가변이득증폭기에 적합하도록 새로이 구성된 것으로, 본 발명의 제 1 및 제 2 VGA 단위 셀들(421-423)은 상기 특허들에 기재된 Gm-VGA 셀 구조뿐만 아니라 다른 형태의 Gm-VGA 셀을 이용하여 구성될 수도 있다. Looking at a specific configuration of the gain variable unit 420, the gain variable unit 420 is composed of one first variable gain amplifier (VGA) unit cell 421 and a plurality of second VGA unit cells (422, 423). . 2 illustrates an example in which the first and second VGA unit cells 421-423 are configured based on the structure of the Gm-VGA cell of Korean Patent No. 65379 and US20070126501A1. The basic operation of the first and second VGA unit cells 421-423 follows the operation described in the patent publication. Therefore, the detailed operation of some Gm-VGA cells (VGA unit-cell) is not described here. However, the first and second VGA unit cells 421-423 of the present invention are newly configured to be suitable for the reception variable gain amplifier of the mobile communication system, and the first and second VGA unit cells 421-423 of the present invention. ) May be constructed using other types of Gm-VGA cells as well as the Gm-VGA cell structures described in the above patents.

제 1 VGA 단위 셀(421)은 저역통과필터(300)로부터 제공된 차동 입력 신호(INp1, INm1)와, 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)로부터 제공된 피드백 신호(INp2, INm2)를 입력받아 소정의 이득만큼 증폭하여 출력한다. 상기 이득은 이득 제어부(450)로부터 발생된 이득 제어 전압(VCB, VCG)에 의해 조절된다. 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)로부터 제공된 피드백 신호(INp2, INm2)는 DC-오프셋을 제거하기 위한 목적으로 받아들이는 출력 피드백신호이다. The first VGA unit cell 421 includes a differential input signal IN p1 , IN m1 provided from the low pass filter 300, and a feedback signal IN p2 , provided from the first and second offset removers 471, 472. IN m2 ) is input and amplified by a predetermined gain and output. The gain is adjusted by the gain control voltages V CB and V CG generated by the gain controller 450. The feedback signals IN p2 and IN m2 provided from the first and second offset cancelers 471 and 472 are output feedback signals that are accepted for the purpose of canceling the DC-offset.

복수 개의 제 2 VGA 단위 셀들(422, 423)은 각각 앞 단의 VGA 셀(예를 들면, 421)의 출력을 입력받아 소정의 이득만큼 증폭하고, 증폭 결과를 다음 단의 VGA 셀(예를 들면, 423)로 출력한다. 상기 이득은 이득 제어부(450)로부터 발생된 이득 제어 전압(VCB, VCG)에 의해 조절된다. 이와 같은 입출력 동작은 직렬로 연결된 제 2 VGA 단위 셀들(422, 423)에서 연속적으로 수행된다. 이득 가변부(420)에 구비되는 제 1 및 제 2 VGA 단위 셀들(421-423)의 개수는, 시스템에서 요구하는 동적 범위에 맞추어 결정된다. 예를 들어, 각 VGA 단위 셀이 수십dB의 dB-선형적인(dB-linear) 동적 범위을 가지고 있다면, 시스템에서 요구되는 동적 범위를 충족하기 위해서는 단위 셀이 동적 범위의 배수만큼 필요하게 된다. 가령 WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 단말기 같은 경우는 70dB 이상의 가변이득 범위를 가져야 하는데, VGA 단위 셀이 18dB 정도의 동적 범위를 갖는다면, 총 4개의 VGA 단위 셀들이 연속적으로 이어지도록 구성되어야 시스템 스펙을 만족할 수 있게 된다. 이득 가변부(420)에 포함된 VGA 단위 셀들(421, 422, 423)의 개수가 증가할수록 DC-오프셋의 제거율이 높아지게 된다.Each of the plurality of second VGA unit cells 422 and 423 receives the output of the previous stage VGA cell (eg, 421) and amplifies the output by a predetermined gain, and amplifies the amplification result of the next stage VGA cell (eg, the second stage). , 423). The gain is adjusted by the gain control voltages V CB and V CG generated by the gain controller 450. Such an input / output operation is continuously performed in the second VGA unit cells 422 and 423 connected in series. The number of first and second VGA unit cells 421-423 included in the gain variable unit 420 is determined according to a dynamic range required by the system. For example, if each VGA unit cell has a dB-linear dynamic range of several tens of dBs, the unit cell will need to be a multiple of the dynamic range to meet the dynamic range required by the system. For example, a wideband code division multiple access (WCDMA) terminal should have a variable gain range of 70 dB or more. If a VGA unit cell has a dynamic range of about 18 dB, a total of four VGA unit cells must be configured to be continuous. Can be satisfied. As the number of VGA unit cells 421, 422, and 423 included in the gain variable unit 420 increases, the removal rate of the DC-offset increases.

한편, 도 2에는 이득 가변부(420) 다음 단에 증폭부(430)가 연결되는 형태가 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 본 발명이 적용되는 일 실시예에 불과하 며, 이득 가변부(420)와 증폭부(430)의 연결 상태는 다양한 형태로 변경 및 변형 가능하다. 예를 들면, 이득 가변부(420)는 증폭부(430) 다음 단에 연결될 수도 있고, 증폭부(430) 내부에 이득 가변부(420)가 삽입될 수도 있다. 2 illustrates an example in which an amplifier 430 is connected to a stage next to the gain variable unit 420. However, this is only an embodiment to which the present invention is applied, and the connection state of the gain variable unit 420 and the amplifier 430 may be changed and modified in various forms. For example, the gain variable unit 420 may be connected to the stage next to the amplifier 430, or the gain variable unit 420 may be inserted into the amplifier 430.

도 3은 도 2에 도시된 제 1 VGA 단위 셀(421)의 상세 구성을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 제 2 VGA 단위 셀(422)의 상세 구성을 보여주는 도면이다. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the first VGA unit cell 421 illustrated in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of the second VGA unit cell 422 illustrated in FIG. 2.

먼저 도 3을 참조하면, 제 1 VGA 단위 셀(421)은 동일한 특성을 가진 제 1 및 제 2 트랜스컨덕터(4211, 4212 ; 도면에는 OTA로 표시됨)로 구성된다. 제 1 트랜스컨덕터(4211)는 저역통과필터(300)로부터 제공된 차동 입력 신호(INp1, INm1)를 제 1 차동 입력 단자 쌍을 통해 받아들이고, 상기 입력 신호(INp1, INm1)를 소정의 이득만큼 증폭한다. 증폭된 결과는 제 1 차동 출력 단자 쌍을 통해 출력된다. 제 1 차동 입력 단자 쌍과 제 1 차동 출력 단자 쌍 사이에는 제 1 및 제 2 저항(R1, R2)이 각각 연결된다. 제 1 트랜스컨덕터(4211)로부터 발생된 차동 출력 신호는 저항(R1, R2)을 거쳐 네거티브 피드백되어 제 1 트랜스컨덕터(4211)의 제 2 차동 입력 단자 쌍으로 입력된다. 이때, 저항(R1, R2)은 밴드폭을 부스팅하는 역할을 한다. 제 2 트랜스컨덕터(4212)는, 제 3 차동 입력 단자 쌍을 통해 제 1 트랜스컨덕터(4211)의 출력을 받아들이고, 제 4 차동 입력 단자 쌍을 통해 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)로부터 제공된 피드백 신호(INp2, INm2)를 받아들인다. 그리고, 제 2 트랜스컨덕터(4212)는 이득 제어부(450)로부터 발생된 이득 제어 전압(VCB, VCG)에 응답해서 제 1 트랜스컨덕터(4211)의 출력과 피드백 신호(INp2, INm2)를 소정의 이득만큼 증폭한다. 제 2 트랜스컨덕터(4212)의 증폭 결과는 제 2 차동 출력 단자 쌍으로 제공된다. 제 3 차동 입력 단자 쌍과 제 2 차동 출력 단자 쌍 사이에는 제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)가 각각 연결된다. 제 2 트랜스컨덕터(4212)로부터 발생된 차동 출력 신호는 제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)를 거쳐 네거티브 피드백되어 제 2 트랜스컨덕터(4212)의 제 3 차동 입력 단자 쌍으로 입력된다.First, referring to FIG. 3, the first VGA unit cell 421 is configured of first and second transconductors 4211 and 4212 having the same characteristics (denoted as OTA in the drawing). The first transconductor 4211 receives the differential input signals IN p1 , IN m1 provided from the low pass filter 300 through the first differential input terminal pair, and receives the input signals IN p1 , IN m1 . Amplify by gain. The amplified result is output through the first differential output terminal pair. First and second resistors R1 and R2 are respectively connected between the first differential input terminal pair and the first differential output terminal pair. The differential output signal generated from the first transconductor 4211 is negatively fed back via resistors R1 and R2 and input to the second differential input terminal pair of the first transconductor 4211. In this case, the resistors R1 and R2 boost the bandwidth. The second transconductor 4212 receives the output of the first transconductor 4211 through a third differential input terminal pair, and the first and second offset removers 471 and 472 through a fourth differential input terminal pair. Accept the feedback signals IN p2 , IN m2 provided from The second transconductor 4212 may output the first transconductor 4211 and the feedback signals IN p2 and IN m2 in response to the gain control voltages V CB and V CG generated from the gain control unit 450. Amplifies by a predetermined gain. The amplification result of the second transconductor 4212 is provided to a second differential output terminal pair. First and second voltage regulators 4213 and 4214 are respectively connected between the third differential input terminal pair and the second differential output terminal pair. The differential output signal generated from the second transconductor 4212 is negatively fed back through the first and second voltage regulators 4213 and 4214 and input to the third differential input terminal pair of the second transconductor 4212.

제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)는 저항값 조절이 가능한 능동저항 성분으로 구성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)는 도 3에 도시된 바와 같이 MOS 트랜지스터들(즉, MOS 저항)로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)에 포함된 MOS 트랜지스터들의 드레인-소오스 전압(Vds)의 변화가 클 경우, 저항값 변이로 인한 신호 왜곡을 피하기 위해 복수 개의 MOS 트랜지스터들이 연속적으로 연결된 구성을 갖는다. 여기서, 복수의 MOS 트랜지스터들의 전류 통로는 직렬로 연결되는 형태를 가진다.The first and second voltage regulators 4213 and 4214 may be formed of an active resistance component capable of adjusting a resistance value, and the first and second voltage regulators 4213 and 4214 may be formed of a MOS as shown in FIG. 3. It may also be composed of transistors (ie, MOS resistors). That is, in the present invention, when the drain-source voltage Vds of the MOS transistors included in the first and second voltage regulators 4213 and 4214 is large, the plurality of MOSs are avoided to avoid signal distortion due to resistance variation. The transistors have a configuration in which they are connected in series. Here, the current paths of the plurality of MOS transistors are connected in series.

본 발명에서는 이득 제어부(450)로부터 발생된 이득 제어 전압(VCG, VCB)을 이용하여 트라이오드 영역에서 동작하는 MOS 저항들의 게이트 전압(VG)과 바디 전압(VB)을 제어함으로써 제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)의 저항값을 조절한다. 제 1 및 제 2 저항(R1, R2) 및 제 1 및 제 2 전압조절부(4213, 4214)의 저항값에 따라서 제 1 VGA 단위 셀(421)의 이득이 결정된다. In the present invention, the gain control voltages V CG and V CB generated by the gain controller 450 are used to control the gate voltage V G and the body voltage V B of the MOS resistors operating in the triode region. The resistance values of the first and second voltage regulators 4213 and 4214 are adjusted. The gain of the first VGA unit cell 421 is determined according to the resistance values of the first and second resistors R1 and R2 and the first and second voltage regulators 4213 and 4214.

한편, 제 1 및 제 2 트랜스컨덕터(4211, 421)에는 Gm 제어부(350)로부터 발생된 트랜스컨덕턴스 제어전압(VC-GM)이 입력되어, 제 1 및 제 2 트랜스컨덕터(4211, 421)의 트랜스컨덕턴스 값(Gm)이 안정되게 조절된다. 그 결과, 제 1 VGA 단위 셀(421)은 공정변화뿐만 아니라 온도, 시간변화에도 특성의 열화없이 안정적인 성능을 유지하게 된다.On the other hand, the transconductance control voltage VC-GM generated from the Gm control unit 350 is input to the first and second transconductors 4211 and 421 to transmit the transformers of the first and second transconductors 4211 and 421. The conductance value Gm is adjusted stably. As a result, the first VGA unit cell 421 maintains stable performance without deterioration of characteristics not only with process changes but also with temperature and time.

도 4를 참조하면, 제 2 VGA 단위 셀(422)은 동일한 특성을 가진 제 1 및 제 2 트랜스컨덕터(4221, 4222)로 구성된다. 제 1 트랜스컨덕터(4221)에는 제 3 및 제 4 저항(R3, R4)이 각각 연결되고, 제 2 트랜스컨덕터(4222)에는 제 1 및 제 2 전압조절부(4223, 4224)가 각각 연결된다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 VGA 단위 셀(421)의 제 2 트랜스컨덕터(4212)가 제 1 및 제 2 오프셋 제거부(471, 472)로부터 피드백 신호(INp2, INm2)를 제공받는 것을 제외하면, 제 1 VGA 단위 셀(421)과 제 2 VGA 단위 셀(422)의 기본 구성은 서로 동일하다. 그러므로, 증복되는 설명을 피하기 위해 제 2 VGA 단위 셀(422)에 대한 중복되는 설명은 이하 생략하기로 한다.Referring to FIG. 4, the second VGA unit cell 422 includes first and second transconductors 4221 and 4222 having the same characteristics. Third and fourth resistors R3 and R4 are respectively connected to the first transconductor 4221, and first and second voltage regulators 4223 and 4224 are respectively connected to the second transconductor 4222. As shown in FIGS. 3 and 4, a second transconductor 4212 of the first VGA unit cell 421 receives feedback signals IN p2 and IN m2 from the first and second offset removers 471 and 472. Except for receiving a), the basic configurations of the first VGA unit cell 421 and the second VGA unit cell 422 are the same. Therefore, redundant description of the second VGA unit cell 422 will be omitted below to avoid repeated descriptions.

다시 도 2를 참조하면, 증폭부(430)는 직렬로 연결된 복수의 트랜스컨덕터들(431, 432)을 포함한다. 상기 트랜스컨덕터들(431, 432, 즉 OTA)의 기본 구성은 이득 가변부(420)를 구성하는 트랜스컨덕터들(421, 422, 423)와, 저역통과필터(300)의 필터(310)를 구성하는 트랜스컨덕터(미 도시됨)의 기본 구성과 실질적으로 동일하다. 증폭부(430)의 이득은 각각의 트랜스컨덕터(431, 432)의 차동 출력단 사이에 연결된 출력부하의 저항성분의 크기에 따라 결정된다. 증폭부(430)에는 전압이득을 제어할 수 있는 추가신호는 제공되지 않는다. 보통 트랜스컨덕터 하나의 이득은 70dB 이상의 이상적인 이득을 제공한다. 그러므로, 적은 수의 트랜스컨덕터만으로도 충분히 원하는 이득을 얻을 수 있다. 따라서, 증폭부(430)에서는 단지 주파수 특성만을 고려하여 저항값과 트랜스컨덕터의 개수를 결정하게 된다. Referring back to FIG. 2, the amplifier 430 includes a plurality of transconductors 431 and 432 connected in series. The basic configuration of the transconductors 431, 432, or OTA, constitutes the transconductors 421, 422, and 423 constituting the gain variable part 420, and the filter 310 of the low pass filter 300. It is substantially the same as the basic configuration of the transconductor (not shown). The gain of the amplifier 430 is determined according to the magnitude of the resistance component of the output load connected between the differential output terminals of each of the transconductors 431 and 432. The amplifier 430 is not provided with an additional signal for controlling the voltage gain. Typically, the gain of one transconductor provides an ideal gain of more than 70dB. Therefore, a small number of transconductors can achieve the desired gain sufficiently. Accordingly, the amplifier 430 determines the resistance value and the number of transconductors in consideration of only frequency characteristics.

상기 트랜스컨덕터들(431, 432)의 트랜스컨덕턴스(Gm) 값은 Gm 제어부(350)의 제어에 의해 정밀하고 안정적인 값을 갖도록 제어된다. Gm 제어부(350)는 이득 가변부(420)를 구성하는 트랜스컨덕터들(421, 422, 423)과, 증폭부(430)에 구비된 복수의 트랜스컨덕터들(431, 432), 그리고 저역통과필터(300)의 필터(310)를 구성하는 트랜스컨덕터(미 도시됨)의 트랜스컨덕턴스(Gm) 값을 모두 제어한다. 트랜스컨덕턴스(Gm) 값의 조절을 위해 Gm 제어부(350)는 자동튜닝회로로 구성된다. The transconductance Gm values of the transconductors 431 and 432 are controlled to have a precise and stable value by the control of the Gm controller 350. The Gm controller 350 may include the transconductors 421, 422, and 423 constituting the gain variable unit 420, the plurality of transconductors 431, 432 provided in the amplifier 430, and the low pass filter. The transconductance (Gm) values of the transconductors (not shown) constituting the filter 310 of 300 are all controlled. In order to adjust the transconductance (Gm) value, the Gm controller 350 is configured with an automatic tuning circuit.

일차로 이득 가변부(420)에서 가변 증폭된 신호는 증폭부(430)로 입력되어 다시 증폭된다. 증폭부(430)의 출력은 일정크기로 고정되도록 증폭이 된다. 즉, 앞 단의 이득 가변부(420)에서 동적 범위만큼 증폭된 신호가 ADC(500)로 제공되기 전에 ADC(500)의 디지털 변환 효율이 최대가 될 수 있는 일정한 크기의 신호로 바뀌게 되는 것이다. First, the signal variable amplified by the gain variable unit 420 is input to the amplifier 430 and amplified again. The output of the amplifier 430 is amplified to be fixed to a certain size. That is, before the signal amplified by the dynamic range by the gain variable unit 420 of the preceding stage is provided to the ADC 500, the digital conversion efficiency of the ADC 500 is converted into a signal having a constant size that can be maximized.

도 5는 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기(400)의 주파수 특성을 보여주는 그래프이다. 5 is a graph showing the frequency characteristics of the transconductor type variable gain amplifier 400 of the present invention.

도 5에 도시된 시뮬레이션 결과를 참조하면, AGC(Auto Gain Control)루프를 통해 만들어진 신호(Gain Control Signal)에 따라서 가변이득증폭기(400)의 전체의 이득특성이 변하는 것을 알 수 있다. 또한 오프셋 제거부(470)의 DC-오프셋 제거 동작에 의해 대략 DC 근처에서는 마이너스이득을 가지고 최대 이득에서는 컷 오프 지점이 수 kHz를 넘지 않게 된다. 이 경우, 3dB 밴드폭은 저역통과필터의 채널 필터링을 고려하여 크게 설계되어야 한다. Referring to the simulation result shown in FIG. 5, it can be seen that the overall gain characteristic of the variable gain amplifier 400 is changed according to a signal (Gain Control Signal) generated through an AGC (Auto Gain Control) loop. In addition, the DC-offset removing operation of the offset removing unit 470 has a negative gain near approximately DC and the cutoff point does not exceed several kHz at the maximum gain. In this case, the 3dB bandwidth should be designed large considering the channel filtering of the lowpass filter.

도 6은 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기(400)의 dB이득을 보여주는 그래프이다. 도 6에는 1MHz 옵셋에서의 이득조절전압에 따른 가변이득증폭기(400) 출력의 dB이득이 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 가변이득증폭기(400)는 이득 제어 전압에 대해 70dB 이상의 상당히 선형적인 dB 이득 특성을 가짐을 알 수 있다. 6 is a graph showing the dB gain of the transconductor type variable gain amplifier 400 of the present invention. 6 shows the dB gain of the output of the variable gain amplifier 400 according to the gain control voltage at the 1 MHz offset. Referring to FIG. 6, it can be seen that the variable gain amplifier 400 of the present invention has a fairly linear dB gain characteristic of 70 dB or more with respect to the gain control voltage.

도 7은 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기(400)의 dB-선형 에러 특성을 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기(400)는 70dB 이상의 이득 조절 범위 내에서 대략 0.5dB 이하의 선형 에러를 가진다. 즉, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가변이득증폭기(400)는 보다 간단한 구성으로 DC 오프셋을 제거할 수 있으며, 조절 전압에 대해서 넓은 동적 범위를 갖는 지수 함수적인 선형 이득 특성을 제공할 수 있는 효과가 있다. 7 is a graph showing the dB-linear error characteristic of the transconductor variable gain amplifier 400 of the present invention. Referring to FIG. 7, the transconductor type variable gain amplifier 400 of the present invention has a linear error of about 0.5 dB or less within a gain control range of 70 dB or more. That is, as shown in Figures 5 to 7, the variable gain amplifier 400 of the present invention can remove the DC offset with a simpler configuration, exponential linear gain characteristics having a wide dynamic range for the control voltage There is an effect that can provide.

또한, 본 발명의 가변이득증폭기(400)는 트랜스컨덕터가 코어회로로 사용되기 때문에 공정 변화뿐만 아니라 온도, 시간변화에도 특성의 열화 없이 안정적인 성능을 유지하게 된다. 그리고, 본 발명의 가변이득증폭기(400)는 트랜스컨덕터를 이용하여 구성되기 때문에 전류를 적게 소모할 뿐만 아니라, 인접 회로인 저역통과필터(300)와 연계 설계가 가능해져, 설계기간 단축, 설계면적의 효율화, 및 고정밀 제어가 가능해지는 효과가 있다. 이 경우, 본 발명의 가변이득증폭기(400)는 트랜스컨덕턴스(Gm)값을 조절하기 위한 Gm 제어부를 별도로 구성하지 않고 저역통과필터(300)와 Gm 제어부(350)를 공유하는 구성을 갖는다. 따라서, 트랜스컨덕턴스(Gm)값의 제어 및 회로 구성이 간단해 지는 장점이 있다.In addition, the variable gain amplifier 400 of the present invention maintains stable performance without deterioration of characteristics due to temperature and time changes as well as process changes because the transconductor is used as a core circuit. In addition, since the variable gain amplifier 400 of the present invention is configured by using a transconductor, the variable gain amplifier 400 consumes less current and can be designed to be connected to the low pass filter 300 which is an adjacent circuit, thereby shortening the design period and designing area. Efficiency and high precision control can be achieved. In this case, the variable gain amplifier 400 of the present invention has a configuration in which the low pass filter 300 and the Gm controller 350 are shared without separately configuring a Gm controller for adjusting the transconductance (Gm) value. Therefore, there is an advantage that the control of the transconductance (Gm) value and the circuit configuration are simplified.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not used to limit the scope of the present invention as defined in the meaning or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 본 발명에 따른 가변이득증폭기(Variable Gain Amplifier ; VGA) 및 이를 포함하는 이동통신 수신기의 전체 블록도이다. 1 is a block diagram of a variable gain amplifier (VGA) and a mobile communication receiver including the same according to the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 가변이득증폭기의 상세 블록도이다.FIG. 2 is a detailed block diagram of the variable gain amplifier of the present invention shown in FIG. 1.

도 3은 도 2에 도시된 제 1 VGA 단위 셀의 상세 구성을 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of a first VGA unit cell shown in FIG. 2.

도 4는 도 2에 도시된 제 2 VGA 단위 셀의 상세 구성을 보여주는 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of a second VGA unit cell shown in FIG. 2.

도 5는 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기의 주파수 특성을 보여주는 그래프이다. 5 is a graph showing the frequency characteristics of the transconductor type variable gain amplifier of the present invention.

도 6은 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기의 dB이득을 보여주는 그래프이다. 6 is a graph showing the dB gain of the transconductor type variable gain amplifier of the present invention.

도 7은 본 발명의 트랜스컨덕터형 가변이득증폭기의 dB-선형 에러 특성을 보여주는 그래프이다. 7 is a graph showing the dB-linear error characteristic of the transconductor variable gain amplifier of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

100 : 저잡음 증폭기(LNA) 200 : 믹서100: low noise amplifier (LNA) 200: mixer

300 : 저역통과필터(LPF) 350 : 트랜스컨덕턴스(Gm) 제어부300: low pass filter (LPF) 350: transconductance (Gm) control unit

400 : 가변이득증폭기(VGA) 410 : 가변 증폭부400: variable gain amplifier (VGA) 410: variable amplifier

420 : 이득 가변부 430 : 증폭부420: gain variable section 430: amplification section

450 : 이득 제어부 470 : 오프셋 제거부450: gain control unit 470: offset removal unit

500 : 아날로그-디지털 변환기(ADC) 1000 : 수신기500: analog-to-digital converter (ADC) 1000: receiver

Claims (12)

이득 제어 전압을 발생하는 이득 제어부;A gain controller for generating a gain control voltage; 복수의 트랜스컨덕터 코어회로들로 구성되어, 이득 제어 전압에 선형적으로 비례하는 전압이득을 이용하여 입력 신호와 네거티브 피드백 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 신호를 일정한 크기의 신호로 변환하는 가변 증폭부; A variable amplifier comprising a plurality of transconductor core circuits to amplify an input signal and a negative feedback signal using a voltage gain linearly proportional to a gain control voltage, and converts the amplified signal into a signal having a constant magnitude. ; 상기 가변 증폭부의 출력 신호에 존재하는 디씨-오프셋을 제거하고, 상기 디씨-오프셋 제거 결과를 상기 가변 증폭부로 네거티브 피드백시키는 오프셋 제거부; 그리고An offset remover configured to remove a DC-offset present in the output signal of the variable amplifier and negatively feedback the DC-offset removal result to the variable amplifier; And 상기 가변 증폭부에 구비된 상기 복수의 트랜스컨덕터 코어회로들의 트랜스컨덕턴스 값을 조절하는 트랜스컨덕턴스 제어부를 포함하며,It includes a transconductance control unit for adjusting the transconductance value of the plurality of transconductor core circuits provided in the variable amplification unit, 상기 트랜스컨덕턴스 제어부는 자동튜닝회로로 구성되어, 상기 트랜스 컨덕턴스 값이 상기 트랜스컨덕턴스 제어부내 동일한 트랜스컨덕터 코어회로들의 기준 트랜스컨덕턴스 절대값과 동일한 값으로 유지되도록 제어하는 트랜스 컨덕턴스 제어전압을 발생하는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기. The transconductance control unit is configured with an automatic tuning circuit, and generates a transconductance control voltage for controlling the transconductance value to be maintained at the same value as the absolute value of the reference transconductance of the same transconductor core circuits in the transconductance control unit. Variable gain amplifier. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가변 증폭부는,The variable amplification unit, 상기 이득 제어 전압에 응답해서 상기 전압이득을 결정하고, 상기 전압이득을 이용하여 상기 입력 신호와 상기 네거티브 피드백 신호를 증폭하는 이득 가변부; 그리고A gain variable unit configured to determine the voltage gain in response to the gain control voltage and to amplify the input signal and the negative feedback signal using the voltage gain; And 상기 이득 가변부의 출력이 일정한 크기를 갖도록 증폭하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기.And amplifying unit for amplifying the output of the gain varying unit to have a predetermined size. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 이득 가변부는,The gain variable part, 가변이득증폭기의 가변이득 동적 범위를 결정하는 블록으로 상기 이득 제어 전압에 응답해서 상기 입력 신호와 상기 네거티브 피드백 신호를 증폭하는 제 1 VGA(Variable Gain Amplifier) 단위 셀; 그리고A first variable gain amplifier (VGA) unit cell for determining a variable gain dynamic range of a variable gain amplifier, the amplifying the input signal and the negative feedback signal in response to the gain control voltage; And 상기 이득 제어 전압에 응답해서 상기 제 1 VGA 단위 셀의 출력을 증폭하는 복수개의 제 2 VGA 단위 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기.And a plurality of second VGA unit cells that amplify the output of the first VGA unit cell in response to the gain control voltage. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제 1 VGA 단위 셀은,The first VGA unit cell, 제 1 차동 입력 단자 쌍을 통해 상기 입력 신호를 받아들여 증폭하고, 상기 증폭 결과를 제 1 차동 출력 단자 쌍을 통해 출력하되, 상기 증폭 결과를 상기 제 1 차동 출력 단자 쌍에 접속된 저항을 통해 제 2 차동 입력 단자 쌍으로 피드백시키는 제 1 트랜스컨덕터; 그리고Accepts and amplifies the input signal through a first differential input terminal pair, and outputs the amplification result through a first differential output terminal pair, wherein the amplification result is generated through a resistor connected to the first differential output terminal pair. A first transconductor feeding back two differential input terminal pairs; And 제 3 및 제 4 차동 입력 단자 쌍을 통해 상기 제 1 트랜스컨덕터의 출력 신호와 상기 오프셋 제거부로부터 제공된 상기 네거티브 피드백 신호를 증폭하고, 상기 증폭 결과를 제 2 차동 출력 단자 쌍에 접속된 제 1 및 제 2 전압이득 조절부를 통해 제 3 차동 입력 단자 쌍으로 피드백시키는 제 2 트랜스컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기.Amplifies the output signal of the first transconductor and the negative feedback signal provided from the offset canceling unit through third and fourth differential input terminal pairs, and amplifies the first and second amplification results to a second differential output terminal pair; And a second transconductor for feeding back to the third differential input terminal pair through the second voltage gain adjuster. 삭제delete 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 복수 개의 제 2 VGA 단위 셀들 각각은,Each of the plurality of second VGA unit cells, 제 1 차동 입력 단자 쌍을 통해 앞 단의 제 1 VGA 단위 셀 또는 앞단의 제 2 VGA 단위 셀의 출력을 받아들여 증폭하고, 상기 증폭 결과를 제 1 차동 출력 단자 쌍을 통해 다음 단의 제 2 트랜스컨덕터로 출력하되, 상기 증폭 결과를 상기 제 1 차동 출력 단자 쌍에 접속된 저항을 통해 제 2 차동 입력 단자 쌍으로 피드백시키는 제 1 트랜스컨덕터; 그리고Accepts and amplifies the output of the first VGA unit cell in the preceding stage or the second VGA unit cell in the preceding stage via the first differential input terminal pair, and amplifies the amplification result of the second transformer of the next stage through the first differential output terminal pair. A first transconductor outputting to a conductor and feeding the amplification result back to a second differential input terminal pair through a resistor connected to said first differential output terminal pair; And 같은 극성끼리 연결된 제 3 및 제 4 차동 입력 단자 쌍을 통해 상기 제 1 트랜스컨덕터의 출력 신호를 증폭하고, 상기 증폭 결과를 제 2 차동 출력 단자 쌍에 접속된 제 1 및 제 2 전압이득 조절부를 통해 같은 극성끼리 연결된 제 3 및 제 4 차동 입력 단자 쌍으로 피드백시키는 제 2 트랜스컨덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기.Amplifying the output signal of the first transconductor through the third and fourth differential input terminal pairs connected to the same polarity, and the amplification result through the first and second voltage gain control unit connected to the second differential output terminal pair same And a second transconductor for feeding back polarity to third and fourth differential input terminal pairs. 제 7 항 또는 제 9 항에 있어서,The method according to claim 7 or 9, 상기 제 1 및 제 2 전압이득 조절부는 상기 이득 제어 전압에 의해 저항값 조절이 가능한 능동저항성분으로서, 각각이 전류 통로가 직렬로 연결된 복수의 MOS 트랜지스터들로 구성되며 상기 이득제어 전압은 상기 복수의 MOS 트랜지스터들의 게이트 전압과 바디 전압의 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기.The first and second voltage gain control units are active resistance components whose resistance values can be adjusted by the gain control voltage. Each of the first and second voltage gain control units includes a plurality of MOS transistors connected in series with a current path, and the gain control voltages include the plurality of gain control voltages. A variable gain amplifier, characterized in that it adjusts the level of gate voltage and body voltage of MOS transistors. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 증폭부는 상기 트랜스컨덕턴스 제어전압에 의해 일정한 트랜스컨덕턴스 값을 유지하는 상기 트랜스 컨덕터와 저항으로 구성된 복수개의 증폭기로 구성되며, 기본 증폭기는 두배의 트랜스컨덕턴스 값을 갖도록 상기 트랜스컨덕터의 같은 극성의 두 단자 입력쌍을 서로 연결하여 단일 입력단자 쌍을 구성하고 출력단자 쌍에는 병렬저항이 연결되어 고정된 증폭값을 가지는 것을 특징으로 하는 가변이득증폭기.The amplifier consists of a plurality of amplifiers consisting of the transconductor and the resistor to maintain a constant transconductance value by the transconductance control voltage, the basic amplifier has two terminals of the same polarity of the transconductor to have a double transconductance value A variable gain amplifier comprising a single input terminal pair by connecting input pairs to each other and a parallel resistor connected to the output terminal pair to have a fixed amplification value. 필터링을 통해 채널외 신호잡음을 제거하는 트랜스컨덕터형 저역통과필터;A transconductor type low pass filter for filtering out-channel signal noise through filtering; 상기 필터링된 신호를 시스템의 스펙에서 요구하는 동적 범위만큼 증폭하고, 상기 증폭 결과를 디지털 변환 효율이 최대가 되는 크기로 증폭하는 가변이득증폭기; 그리고A variable gain amplifier for amplifying the filtered signal by a dynamic range required by a system specification and amplifying the amplified result to a size at which digital conversion efficiency is maximized; And 상기 가변이득증폭기의 출력을 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하며,An analog-to-digital converter for converting the output of the variable gain amplifier to a digital form, 상기 가변이득증폭기는, 이득 제어 전압을 발생하는 이득 제어부; 복수의 트랜스컨덕터 코어회로들로 구성되어, 상기 이득 제어 전압에 선형적으로 비례하는 전압이득을 이용하여 입력 신호와 네거티브 피드백 신호를 증폭하고, 상기 증폭된 신호를 일정한 크기의 신호로 변환하는 가변 증폭부; 그리고 상기 가변 증폭부의 출력 신호에 존재하는 디씨-오프셋을 제거하고, 상기 디씨-오프셋 제거 결과를 상기 가변 증폭부로 네거티브 피드백시키는 오프셋 제거부; 그리고 The variable gain amplifier includes: a gain controller configured to generate a gain control voltage; A variable amplification circuit comprising a plurality of transconductor core circuits to amplify an input signal and a negative feedback signal by using a voltage gain linearly proportional to the gain control voltage, and converting the amplified signal into a signal having a constant magnitude. part; And an offset remover configured to remove the DC-offset present in the output signal of the variable amplifier and negatively feedback the DC-offset removal result to the variable amplifier. And 상기 가변 증폭부에 구비된 상기 복수의 트랜스컨덕터 코어회로들의 트랜스컨덕턴스 값을 조절하는 트랜스컨덕턴스 제어부를 포함하고,A transconductance control unit configured to adjust transconductance values of the plurality of transconductor core circuits provided in the variable amplifier unit, 상기 트랜스컨덕턴스 제어부는 자동튜닝회로로 구성되어, 상기 트랜스 컨덕턴스 값이 상기 트랜스컨덕턴스 제어부내 동일한 트랜스 컨덕터 코어회로들의 기준 트랜스컨덕턴스 절대값과 동일한 값으로 유지되도록 제어하는 트랜스 컨덕턴스 제어전압을 발생하고,The transconductance control unit is configured with an automatic tuning circuit, and generates a transconductance control voltage for controlling the transconductance value to be maintained at the same value as the absolute value of the reference transconductance of the same transconductor core circuits in the transconductance control unit. 상기 저역통과필터는 상기 트랜스컨덕턴스 제어부를 통해 조절되며, 상기 가변이득증폭기와 동일한 트랜스 컨덕터 코어회로로 구성되어 채널외 신호잡음을 제거하는 트랜스 컨덕터형 저역통과 필터인 것을 특징으로 하는 수신기.And the low pass filter is a transconductor low pass filter controlled by the transconductance control unit and configured of the same transconductor core circuit as the variable gain amplifier to remove out-of-channel signal noise.
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